膜分离耦合CO2电催化加氢制甲酸工艺的设计及模拟

摘要

CO2对气候影响越来越严重,将其转化为甲酸能够同步实现资源化和碳减排.当前CO2加氢制甲酸的研究主要在于寻找高性能催化剂,而过程设计对甲酸实现工业化也不可或缺,但是CO2电催化加氢制甲酸的过程设计尚未见报道.利用主要成分为H2和CO2的天然气制氢变压吸附解吸气为原料,设计了气体膜分离耦合CO2电催化加氢年产3万吨甲酸的工艺,并在Unisim Design流程模拟软件中进行了模拟.随后利用灵敏度分析法对反应器中膜电极面积、阴极电势、H2膜面积、CO2膜面积、精馏塔压力和回流比等参数进行优化,在最优方案下甲酸的单位质量成本为6.37 CNY/kg,比传统的Kemiral-Leonard(KL)工艺高31.88％,但是所提出的工艺可以实现减排3.33万吨/年的CO2,具有重要的环境保护意义.最后通过成本分析,从反应器的寿命、成本和电价三个方面提出三种有效的解决方案,可以将甲酸生产成本降低到传统KL工艺的生产成本.